MRS(磁共振波譜成像在中樞神經系統(tǒng)中的應用)

1、磁共振波譜成像在中樞神經系統(tǒng)中的應用南京醫(yī)科大學附屬江寧醫(yī)院神經內科 韋存勝概述磁共振波譜（Magnetic Resonance Spectrum, MRS）成像是迄今為止惟一能夠進行活體組織代謝定量分析的一種無創(chuàng)檢測手段。主要應用于中樞神經系統(tǒng)疾病的診斷和鑒別，如腦缺血性病變、脫髓鞘病變、腦腫瘤及變性疾病等疾病的病理生理變化及代謝物濃度的檢測，以及檢測早期海馬硬化。不但可以反映腦組織神經元的損傷、膠質細胞的增生及能量代謝等變化，還可以動態(tài)觀察各種疾病的轉化及評估其預后。技術原理不同波譜：1H、31P、13C、19F、23Na 1H-MRS應用最廣泛利用原子核化學位移和原子核自旋耦合裂分現象不

2、同化合物的相同原子核之間，相同的化合物不同原子核之間，共振頻率的差別就是MRS的理論基礎技術原理感興趣區(qū)（體素）用于數據分析和采集的區(qū)域病灶對照方法選擇1、單體素氫質子（Single voxel，SV）1H-MRS覆蓋范圍有限，一次采集只能分析一個區(qū)域，適用于局限性病變，后顱窩病變采集時間短，一般35分鐘譜線定性分析容易2、多體素氫質子（MV）1H-MRS可以同時獲取病變側和未被病變累及的區(qū)域，評價病灶的范圍大 。勻場比較困難，由于多個區(qū)域同時獲得相同的磁場均勻性。對臨近顱骨、鼻竇或后顱窩的病灶，由于磁敏感偽影常常一次勻場不能成功采集時間比較長 序列選擇定位方法1、受激回波法受激回波法 (th

3、e Stimulated Echo Acquisition Method, STEAM) 優(yōu)點：常使用短TE（35ms）檢測代謝物種類多，如脂質、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 缺點：對運動敏感，信噪比低，對勻場和水抑制要求嚴格，對T2弛豫不敏感2、點分辨波譜法點分辨波譜法 (the Point Resolved Spectroscopy PRESS)優(yōu)點：信噪比高，是激勵回波法的2倍 ，可以選擇長、短TE（ 144ms or 35ms ），對T2弛豫敏感，對運動不太敏感缺點：選擇長TE，不易檢出短T2物質，如脂質回波時間（TE）應用長、短TE可確定的代謝產物如下：NAAN-乙酰天門冬氨酸

4、 Cr肌酸Cho膽堿 Lac乳酸另有一些代謝物只有短TE才能確定：Lip脂質 Glx谷氨酰胺和谷氨酸mI肌醇長TE檢測到的代謝產物較少，所以獲得的波譜很容易解釋?？v軸代表信號強度，峰高和峰值下面積反映某種化合物的存在和化合物的量，與共振原子核的數目成正比。橫軸代表化學位移（頻率差別），單位百萬分子一（ppm）MRS的主要代謝物及其意義N-乙酰天門冬氨酸(NAA)位于波譜2.02-2.05ppm處，主要位于成熟神經元內，是神經元的內標記物，是正常波譜中最大的峰。NAA下降見于神經元損害，包括缺血、創(chuàng)傷、感染、腫瘤等，腦外腫瘤無NAA峰。NAA升高少見，Canavan病，發(fā)育中的兒童，軸索恢復時可

5、升高。MRS的主要代謝物及其意義肌酸(Cr)位于波譜3.03ppm、 3.94ppm（Cr ）附近;此峰由肌酸、磷酸肌酸、-氨基丁酸、賴氨酸和谷胱甘肽共同組成；是腦細胞能量代謝的提示物；一般較穩(wěn)定，常作為其它代謝物信號強度的參照物；正常腦波譜中， Cr是第二高波峰Cr升高：創(chuàng)傷，高滲狀態(tài)Cr降低：缺氧，中風，腫瘤MRS的主要代謝物及其意義膽堿(Cho)l波峰位于3.20ppm處；由磷酸膽堿、磷酸甘油膽堿、磷脂酰膽堿組成，反映腦內的總膽堿量；是細胞膜磷脂代謝的成份之一，是細胞膜轉換的標記物，反映了細胞膜的運轉，和細胞的增殖，Cho是髓鞘磷脂崩潰的標志。 l Cho升高：腫瘤，急性脫髓鞘疾病，炎癥

6、、慢性缺氧等 l Cho降低：中風，肝性腦病l Cho峰是評價腦腫瘤的重要共振峰之一，腫瘤快速的細胞分裂導致細胞膜轉換和細胞增殖加快，Cho峰增高MRS的主要代謝物及其意義肌醇（mI）l波峰的位置3.56ppm和4.06ppm處，膠質細胞的標記物，是最重要的滲透壓或細胞容積的調節(jié)劑l mI 升高，新生兒，低級別的膠質瘤，慢性病灶膠質增生l mI降低：慢性肝病，梗死，惡性腫瘤MRS的主要代謝物及其意義乳酸(Lac)位于1.32ppm，次峰4.1ppm，由兩個共振峰組成，稱為雙重線；TE為144ms時反轉向下；正常情況下檢測不到Lac峰。此峰出現說明細胞內有氧呼吸被抑制，無氧糖酵解過程加強 出現乳

7、酸峰：見于腦腫瘤、膿腫、囊腫、梗塞及炎癥，線粒體異常腦腫瘤中，Lac出現提示惡性程度較高 MRS的主要代謝物及其意義脂質（ Lip）波峰位于0.81.33ppm之間，共振頻率與Lac相似，可以遮蔽Lac峰；脂質、谷氨酰胺和肌醇只有在短TE才能檢出 Lip增高，提示髓鞘的壞死和或中斷。見于壞死腫瘤，炎癥，急性中風，多發(fā)性硬化急性期MRS的主要代謝物及其意義谷氨酸和谷氨酰胺（Glx）位于2.1-2.55 ppm，3.76ppm； 谷氨酸是一種興奮性神經遞質，主要的氨攝取途徑；谷氨酰胺參與神經遞質的滅活和調節(jié)活動Glx升高：肝性腦病，缺氧性腦病MRS的主要代謝物及其意義區(qū)域變化 NAA: 海馬皮質及

8、皮質下，小腦其他 Cr: 灰質白質（左右） 3 Cho：白質灰質，在橋腦濃度其他部位 基底節(jié)區(qū)：NAA/Cr和mI/Cr比率較低， Cho/Cr比率較高MRS的主要代謝物及其意義 年齡變化新生兒：NAA 及NAA/Cr 比率逐漸增加， 提示出生后神經元逐漸成熟 8月：Cho和 mI水平明顯升高 8月至2歲：波譜逐漸趨于正?；?2歲后與成人基本一致老年人： NAA 及NAA/Cr 比率減低，提示神經元數目減少或生存能力減低。Cho和 Cho/Cr比率升高， 提示細胞膜退變加劇和膠質細胞數目增加臨床應用腦梗死1、缺血半暗帶Lac增高，而NAA 正常，說明此處腦組織處于缺血狀態(tài)，但神經元功能尚未受到

9、損害2、梗死急性期進入梗死期后, 與缺血半暗帶相同, MRS可以檢測到Lac水平升高, 是腦梗死開始階段最敏感的標記物。NAA也是一個與腦梗死相關的標記物。缺血2 h后, NAA即開始下降, 缺血3 6 h時NAA持續(xù)下降, 6 12 h時下降幅度最為明顯, 24 72 h時持續(xù)下降到幾乎完全消失。且NAA的下降是不可逆的。3、亞急性期或慢性期在亞急性期或慢性期，隨梗死進程，Lac水平以每周36%速度下降。NAA水平下降是漸進的，且不可逆（大約每周29%）由于神經元比膠質細胞對缺血更敏感，所以NAA下降的幅度大于Cho和Cr。1H MRS可用于梗死與腫瘤的鑒別Lac水平升高伴NAA，Cr和Ch

10、o降低提示梗死。Lac和Cho水平升高伴NAA和Cr降低提示腫瘤。（注意：亞急性或慢性期梗死，由于再次髓鞘形成和膠質增生，Cho水平可以升高）臨床應用TIA研究證明, 在TIA發(fā)作后的1天內, 對腦功能異常區(qū)和對側相同腦區(qū)進行MRS檢查, 結果發(fā)現:功能異常區(qū)的NAA/Cr無明顯異常改變, 提示TIA患者一過性局部腦血流低灌注尚不足以影響局部神經元的數量與功能, 而Lac峰升高, 提示腦局部低灌注可能導致局部無氧代謝Lac濃度升高, 因此該區(qū)是可能發(fā)展成腦梗死的高危區(qū)域。臨床應用腦出血腦出血周圍NAA/Cr 持續(xù)下降，尤其是在出血后2 周腦出血后遲發(fā)性水腫區(qū) NAA/Cr 降低和Lac 峰出現

11、表明水腫區(qū)神經元受損或缺血，提示局部血腦屏障破壞。臨床應用MSMS的MRS特征表現為:NAA/Cr普遍降低, Cho/Cr普遍增高, mI/Cr增加, NAA降低, Cho、mI、Lac均增高。急性斑塊1、 Cho， Cho /Cr Cho 升高表明髓鞘崩解，通常見于斑塊形成的早期。2、 Lip升高可持續(xù)至6個月。 Lip增加是脫髓鞘退變的結果，提示急性脫髓鞘。3、 mI， Lac4、Cr大的破壞病灶可見Cr明顯一過性降低，于亞急性期和慢性期恢復正常。5、 NAA，NAA/Cr 當MRI圖像尚無法顯示斑塊且無強化時, MRS即可見Lac增多、NAA減少, 看似正常腦白質(normal-appe

12、aring whitematter, NAWM)區(qū)內也有異常改變, 表現NAA降低、Cho升高, 可為早期診斷做出提示。慢性斑塊1、Cho， Cho /Cr有正常化趨勢，其高水平數值會持續(xù)數月甚至數年。2、Lip和Lac峰信號消失。3、NAA水平和NAA/Cr比率下降是慢性斑塊的特征，提示進行性的神經元和軸索丟失。臨床應用鑒別RR和PS均表現為cMRI上成T2高信號和表現正常的白質均可顯示NAA/Cr和NAA/Cho比率降低。與RR型患者相比，在白質正常的PS患者中上述比率降低的更為明顯。cMRI上表現正常的白質中NAA降低，原因可能有：1、神經元斷面位于或鄰近急性斑塊，并繼發(fā)Walleria

13、n變性。2、 cMRI上尚未顯示白質病變。3、慢性的軸索代謝功能障礙，導致NAA合成減少。臨床應用癲癇單體素1H MRS體素位于雙側海馬雙側海馬 NAA，NAA/Cr， NAA/Cho， NAA/（Cho+Cr）提示神經元丟失和功能障礙 Cho+Cr（可觀察到）提示反應性星形細胞增生 mI提示反應性膠質細胞星形細胞增生Lip和Lac（至7天）癲癇發(fā)作后第一個24小時測定NAA/（Cho+Cr）是最有用的參數，若該比率低于0.71,則認為是病理性。 隨著發(fā)作頻率的增加，NAA呈逐漸下降的趨勢,研究表明癲癇發(fā)作越頻繁神經元喪失或功能缺失越嚴重。 NAA/（Cho+Cr）的比值降低提示海馬硬化。臨床

14、應用AD體素扣帶回后緣（AD代謝異常首先出現在扣帶回）TE 30ms主要表現NAA，NAA/Cr ，Cho， Cho /CrmI， mI /Cr（0.70）（為早期異常，對診斷最重要）對于AD患者， NAA/Cr的降低與認知障礙的嚴重程度具有直接相關性。當cMRI正常，海馬尚未萎縮時，1H MRS即可檢測AD。在AD患者，mI/Cr的升高早于NAA/Cr的降低。1H MRS診斷AD的敏感性是85%，特異性為65%。對于AD和正常老年人鑒別的敏感度為83%，特異度為98%。對AD和其他類型癡呆鑒別的敏感度為82%，特異度65%。鑒別鑒別抑郁癥與AD鑒別比較重要，如果扣帶回的1H MRS正常，則應

15、考慮為抑郁癥而非AD。在受累白質區(qū)，MID顯示Cho/Cr升高。如果mI /Cr0.70，但NAA/Cr正常，則應考慮診斷為AD。應除外糖尿病、尿毒癥、高鈉血癥等高滲狀態(tài)（高滲狀態(tài)典型表現為mI /Cr 升高）如果NAA/Cr升高， 但mI /Cr正?；蚪档停瑧紤]其他類型的癡呆或低滲狀態(tài)，如低鈉血癥、SIADH等，而不是AD。因此，盡管1H MRS不能確診AD，但有助于鑒別診斷。臨床應用額顳葉癡呆累及一個或多個腦葉的局灶性萎縮，主要是額葉，額顳葉或額頂葉。體素額葉（皮質和/或白質）TE 30ms主要表現NAA，NAA/Cr Cho， Cho /CrmI， mI /Cr（主要異常）能觀察到La

16、c峰臨床應用血管性癡呆體素額葉和頂葉白質TE 30ms主要表現Cho /Cr臨床應用PD體素紋狀體可用于鑒別PD和PS PD典型的1H MRS是正常的。 PSNAA/Cr，NAA/Cho臨床應用腦腫瘤 Cho峰的升高與腫瘤的惡性相關；Cr峰隨腫瘤惡性程度的升高有降低趨勢；Lip峰出現于大多數高級別的腫瘤中，特別是腫瘤壞死區(qū)或鄰近壞死區(qū)；Lac峰多見于多形膠質母細胞瘤中，低級星形細胞瘤中出現此峰則預示腫瘤進一步惡變的可能。臨床應用膠質細胞瘤膠質細胞瘤是起源于神經上皮組織的腫瘤, 在各型顱內腫瘤中發(fā)病率最高。典型的膠質細胞瘤1 H-MRS是NAA下降, Cho升高, Cr不變或下降, Lac的出現。許多學者研究表明, 在星形細胞瘤, 隨著分級的升高, NAA/Cr下降, 但不足以作為腫瘤的分級標準。臨床應用腦膜瘤膜瘤起源于腦膜細胞, 屬腦外腫瘤, 由于不含正常神經元, 檢測不到NAA。典型的1H-MRS是NAA的消失, Cho升高。屬腦外腫瘤共同的1H-MRS表現。而腦膜瘤較為特征性的表現是?？蓹z測到丙氨酸(Ala,1.3 1.4ppm)?？蓹z測到小的乳酸鹽。腦膜瘤多為良性腫瘤, 但顯著的Cho升高, 常提示為惡性腦膜瘤。臨床應用顱神經瘤顱神經瘤起源于施旺細胞, 因此, 典型的顱神經瘤1H-MRS